Мали, али моћни — егзосоми, нови међућелијски гласници у неуродегенерацији, део 3

Егзозоми изведени из микроглије: Микроглијалне ћелије су макрофаги мозга и кичмене мождине. Они чине око 10% глије.

Микроглија је врста не-неуронских ћелија у мозгу и најзаступљеније су ћелије у нервном систему. У прошлости се сматрало да су микроглија ћелије које подржавају неуроне и које углавном обезбеђују кисеоник и хранљиве материје.

Међутим, недавне студије су откриле да микроглија игра важну улогу у људском здрављу и когнитивним функцијама. Студије су показале да микроглија игра виталну улогу у процесу учења и памћења.

Мицроглиа углавном промовише раст и развој неурона ослобађањем супстанце која се зове фактор раста неурона. Овај фактор раста не само да помаже неуронима да се повежу и преносе информације, већ и стимулише стварање нових неурона. Ови ефекти су критични за одржавање здравог учења и памћења.

С друге стране, микроглија такође може уклонити вишак неурона и синапси у мозгу и промовисати здрав развој нервног система. Овај процес уклањања може помоћи у смањењу ометајућих сигнала у мозгу и побољшању когнитивне функције.

Поред тога, микроглија може заштитити неуроне од оксидативног оштећења промовишући долазак кисеоника и хранљивих материја у мозак. Ове ћелије такође играју веома важну улогу у одупирању когнитивној дегенерацији и неуродегенерацији.

Укратко, значај микроглије се не може потценити. Они могу заштитити неуроне и помоћи процесу учења и памћења. Требало би да заштитимо и побољшамо број и функцију микроглије што је више могуће како бисмо обезбедили здравље и виталност нашег мозга. Види се да треба да побољшамо памћење, а Цистанцхе може значајно да побољша памћење јер може да регулише и равнотежу неуротрансмитера, као што је повећање нивоа ацетилхолина и фактора раста који су веома важни за памћење и учење. Поред тога, Цистанцхе такође може побољшати проток крви и промовисати испоруку кисеоника, што може осигурати да мозак добије довољну исхрану и енергију, чиме се побољшава виталност и издржљивост мозга.

Кликните на сазнајте начине за побољшање функције мозга

Иако је њихов број релативно мали, они имају важне функције одржавања хомеостазе праћењем присуства инфекције ткива и оштећења ЦНС-а.

У хомеостатским условима, ћелије микроглије се одржавају у стању мировања, али стално скенирају своју околину. Када се активирају, испољавају своју фагоцитну активност и могу ослободити инфламаторне молекуле као што су цитокини и хемокини.

Микроглија може да добије два фенотипа, М1 (инфламаторни тип) и М2 подтип (про-регенеративни тип), у зависности од стимулуса и може да прелази између ова два супротстављена фенотипа [140], што је пример њихове изузетне пластичности.

Слично неуронима и другим глијалним ћелијама, микроглија ослобађа егзозоме да комуницира са суседним ћелијама и ћелијама на удаљености. Биоактивни терет микроглијалних егзозома зависи од фенотипа ослобађајуће микроглије, било проинфламаторне или прорегенеративне. Микроглијални егзосоми садрже све ензиме неопходне за анаеробну гликолизу и производњу лактата.

Стога, итис је предложио да би лактат упакован у егзозоме могао да функционише као додатни извор енергије за неуроне током синаптичке активности [141]. Микроглијални егзосоми регулишу синаптичку трансмисију промовишући производњу церамида и сфинголипида у неуронима.

Побољшани метаболизам сфинголипида позитивно утиче на ексцитаторну неуротрансмисију, представљајући нов начин на који микроглија утиче на синаптичку активност [142]. Суочене са инфекцијом и/или повредом, микроглијалне ћелије се брзо укључују у комплексан инфламаторни одговор и стечени М1 фенотип.

Микроглија сада са проинфламаторним фенотипом (М1 фенотип) ослобађа егзозоме који помажу у развоју неуроинфламације. Докази о укључености микроглијалног егзосома у неуроинфламацију долазе из студије спроведене са липополисахаридом (ЛПС).

Излагање микроглије ЛПС-у, главној компоненти грам-негативних бактерија, повећава ослобађање егзозома обогаћених ИЛ-1, проинфламаторним цитокином и микроРНА као што су миР-155 и миР{{4} }. МикроРНА 155 је важна регулаторна микроРНК у имунолошком систему и њени повећани нивои се откривају код инфламаторних болести [143].

У другој студији, микроглијалне ћелије су третиране ЛПС-ом који је повећао експресију нивоа протеина Н-миц смањеног гена 2 (НДРГ2). Повећани НДРГ2 протеин је заузврат стимулисао микроглију да ослободи егзозоме обогаћене миР-375. Интернализација егзозома обогаћених миР-375 смањила је виталност ћелија Н2А неурона што указује на неуротоксичну природу ових егзозома [144].

Чини се да излагање ЛПС алтерсмикроРНК и протеинима упакованим у егзозоме. Потврдни докази су дошли из студије која укључује БВ2 ћелије. БВ2 ћелије Ц57 црних мишева су овековечене микроглијалне ћелије. Када су БВ2 ћелије биле изложене ЛПС-у, оне су ослободиле егзозоме богате проинфламаторним цитокинима ИЛ-6 и ТНФ и протеинима повезаним са транслацијом и транскрипцијом.

Протеомски профил егзозома анализиран масеном спектрометријом идентификовао је 49 јединствених протеина присутних у егзозомима из БВ2 ћелија третираних ЛПС-ом у поређењу са контролним БВ2 ћелијама.

Овде је вредно напоменути да су егзозоми из микроглије активиране ЛПС-ом имали 58 протеина, док су егзозоми из контролних БВ2 ћелија имали 37 протеина [145]. Претходна дискусија показује да су микроглијални егзосоми важни у олакшавању неуропротективних и неуроинфламаторних функција микроглија у ЦНС-у.

4. Улога егзозома у неуродегенеративним болестима

Многе неуродегенеративне болести су повезане са акумулацијом абнормалних, погрешно савијених протеина што доводи до прогресивне неуралне и глијалне дисфункције. Генерално, неуродегенеративне болести почињу дисфункцијом у дискретном региону мозга.

Након пуштања у ванћелијски простор, погрешно савијени протеини се преносе у здраве ћелије и почињу да индукују ендогене парне протеине да се погрешно савијају као домино ефекат [160].

Овај „инфективни“ процес доводи до појачавања патологије и ширења болести на шира подручја мозга. Међућелијска комуникација је важна у преношењу и напредовању неуродегенеративних болести. Егзозоми које ослобађају све ћелије у мозгу постали су интегрални играч у неуро-глиа комуникацијама.

Способност егзосома да транспортују и пренесу биоактивни терет као што су липиди, РНК и протеини из једне ћелије у другу чини их привлачним кандидатом за медијаторе неуродегенерације. У наставку разматрамо утицај егзосома на селективне неуродегенеративне болести.

Алцхајмерова болест: Алцхајмерова болест је најчешћи облик неуродегенеративне деменције коју карактерише прогресивни губитак памћења и когнитивних способности.

Централно за патологију Алцхајмерове болести је формирање екстрацелуларних агрегата -амилоида (А) познатих као амилоидни плакови у комбинацији са неурофибриларним сплетовима тау. (А) пептиди су изведени из секвенцијалне протеолитичке обраде амилоидног прекурсора протеина (АПП) помоћу - и -секретазе.

Пошто је АПП интрацелуларни протеин, формулисана је хипотеза да патолошке лезије неуродегенеративне болести укључују физичко ширење погрешно савијеног протеина од неурона до неурона [161].

Међутим, механизам(и) за пренос погрешно савијених протеина остао је интригантно питање. Један од ранијих извештаја који је почео да баца светло на могуће механизме како се А преноси у ванћелијски простор дошао је из студије коју су спровели Рајендран и колеге [162].

Док су истраживали локацију цепања АПП-а, приметили су да се цепање АПП-секретазе јавља у подскупини раних ендозома са накнадним прометом А пептида у мултивезикуларна тела.

Мала фракција А пептида повезаног са мембраном егзосома излучена је у екстрацелуларни простор. Егзозоми који садрже амилоидне плакове имају протеине маркера, флотилин-1 и Алик. Дакле, А пептид повезан са мембраном егзосома може представљати нови механизам који доприноси формирању амилоидног плака у екстрацелуларном простору [162].

Од овог почетног посматрања, у егзозомима су откривени АПП пуне дужине и многи његови метаболити и неколико чланова породице протеаза који су укључени у обраду АПП [163].

А може постојати у различитим конформационим стањима која имају различита својства и међупроизводе формирања фибрила. Од њих се сугерише да су А и протофибрили мале молекулске тежине посебно неуротоксични и да делују као семе за агрегацију протеина [164,165]. Показало се да егзозоми изоловани из постморталних мозгова пацијената са Алцхајмеровом болешћу имају повећане нивое А олигомера. Ови егзосоми су интернализовани када су инкубирани са култивисаним неуронима.

Што је најважније, били су у стању да шире А олигомере на друге неуроне, изазивајући цитотоксичност [166]. Почетна запажања су потврђена инкубацијом егзозома који садрже АПП са примарним културама нормалних неурона ин витро [167] и ин виво [168].

Поставља се питање зашто су А или А олигомери спаковани у егзозоме? Да ли неурони осећају токсичну природу А или А олигомера и стога покушавају да очисте токсичне протеине из интрацелуларно присутних А или А олигомера сличних рецепторима трансферина у ретикулоцитима [7,8]? Моноубиквитинација је потребна за сортирање у МВБ/егзозоме. То поставља друго питање да ли се А подвргава убиквитинацији да би се сортирао у МВБ/егзозоме. Амилоидни прекурсорски протеин (АПП) има пет лизинских остатака (Лис-724, Лис-725, Лис-726, Лис-751 и Лис-763) на свом Ц- крај терминала [169].

Ови остаци су мутирани појединачно или у комбинацији да би се испитао ефекат на АПП обраду да би се формирао А пептид. Убиквитинација АПП у Лис-726 посредована Ф-кутијом и леуцином богатим поновљеним протеином2 (ФБЛ2), компонентом Е3 убиквитин лигазе, смањила је А генерацију [170]. С друге стране, убиквитинација АПП у Лис-763 је секвестрирала АПП у Голгијевом комплексу и спречила сазревање АПП [171].

Инхибиција убиквитинације супституцијом свих пет лизинских остатака аргинином у Ц-терминалном фрагменту АПП (Ц99) спречила је ефикасну деградацију АПП и акумулацију протеина у структурама са изгледом налик Голџију. Ово се приписује недостатку у деградацији ендоплазматског ретикулума. Ц99 се подвргава цепању -секретазом да би се произвео А [172].

Мутација три остатка лизина (Лис-724, Лис-725 и Лис-726) истовремено је проузроковала задржавање протеина у ограничавајућој мембрани ендозома уместо да се интернализује у интралуминалне везикуле МВБ [173 ]. Када је свих пет лизинских остатака мутирано да би се спречила убиквитинација, протеин се није ефикасно сортирао до МВБ/егзозома и примећено је селективно повећање А 40 [174].

Овај налаз је упоредив са присуством А 40 у амилоидним депозитима у церебралној амилоидној ангиопатији [175]. Иако је очигледно да убиквитинација АПП-а може усмерити протеин на МВБ/егзозоме, потребни су директни докази коришћењем неуронских култура или ин вивомодела да би се доказало да су АПП, А или А олигомери моноубиквитинирани ради циљања на МВБ/егзозоме и да нису убиквитинирани да буде циљана деградација повезана са форендоплазматским ретикулумом (ЕРАД).

Још једно патолошко обележје Алцхајмерове болести је абнормално фосфорилисани тау протеин у неурофибриларним чворовима (НФТ). Тау је цитоплазматски протеин за који је познато да стабилизује микротубуле. Све већи број доказа сугерише да се патолошки тау протеин може ширити између ћелија, регрутујући природни тау да формира агрегате. Новији подаци указују на то да су егзозоми носиоци тау протеина [176,177].

Испитивање ћелија је сугерисало да егзосоми укључени у тау патологију потичу из микроглијалних ћелија. Егзозоми из микроглије пренели су таупротеин на неуроне. Да би се добили експериментални докази, спроведене су студије у којима је биогенеза егзозома инхибирана или микроглијалне ћелије су осиромашене тау. Резултати ових студија показали су слабљење тау депозиције у нормалним неуронима [178].

Аутори су сугерисали да микроглија фагоцитозу цитопатски неурони који садрже тау рециклирају тау кроз егзозоме и тако инкриминишу егзозоме у ширењу Алцхајмерове болести. У здравим мозговима, неколико протеин киназа и фосфатаза су одговорне за фосфорилацију и дефосфорилацију тау, респективно.

Дисрегулација ових важних ензима може довести до абнормалних образаца фосфорилације тау у АД. Недавна студија упоредила је егзосомални протеински терет помоћу Нано-ЛЦ-МС/МС. Егзозоми су пречишћени из неурона плурипотентних матичних ћелија (иПСЦ) изазваних људима који експримирају АД породични А246Е мутантни облик пресенилина 1 (мПС1) и нормалне људске иПСЦ неуроне.

Укупно 1117 протеина је идентификовано у обе групе егзосома, а 733 протеина су била заједничка за обе популације егзозома. Међу различито повезаним протеинима са мПС1 билифосфатазама и протеин киназама и нивои њихових протеина повезаних са егзозомима мПС1 били су значајно нижи у поређењу са контролним неуронима [179].

Штавише, ови егзосоми су садржавали различите протеине који нису били присутни у контролним егзозомима. Конкретно, различити протеини су били они који су укључени у структуру и функцију екстрацелуларног матрикса што сугерише други механизам за пропагацију тау патологије у АД [179]. Главни нагласак истраживања Алцхајмерове болести био је на неуронима.

Међутим, студије су откриле да се атрофија астроглије јавља у раним фазама неуродегенеративног процеса. Недостатак неуронске подршке од атрофиране астроглије доводи до поремећаја синаптичке повезаности, губитка синапси и неравнотеже хомеостазе неуротрансмитера. У каснијој фази Алцхајмерове болести, астроцити и микроглија се активирају и ослобађају инфламаторне молекуле и неуротоксичне супстанце. Неуротоксичне хемикалије доводе до неуроинфламације и смрти неурона што доводи до атрофије мозга [180].

У раним стадијумима Алцхајмерове болести, микроглијалне ћелије активиране преко Толл-лике рецептора 4 добијају неуропротективну улогу и чисте А [181]. Фагоцитоза и деградација пречишћених депозита полиморфног бета-амилоидног протеина и А повезаних са егзозомима потврђени су коришћењем култивисаних микроглијалних ћелија [182,183]. Занимљиво, чини се да астроцити ослобађају микроглијалне ћелије њихове неуропротективне функције. Медији и колеге су приметили да инкубација са А пептидом активира глијалне ћелије и после тога доводи до упале [184].

Заједничко култивисање са астроцитима или култивисање у медијуму условљеном астроцитима инхибирано фагоцитно деловање микроглије. Инхибиција микроглијалне фагоцитозе била је високо специфична јер кондиционирани медијум из фибробласта није утицао на микроглијалну фагоцитну активност. Из ових студија је евидентно да астроцити ослобађају сигнале у облику растворљивих фактора који ометају фагоцитну активност микроглије [182]. Улоге астроцита и микроглије могу се преокренути након хроничне стимулације микроглије.

Неколико независних студија доводи до закључка да егзозоми које ослобађају неурони, астроцити и микроглија делују као чистачи и апсорбују растворљиви А без семена како би промовисали агрегацију А коју микроглија интернализује ради разградње [185–187]. Ово запажање није изненађујуће с обзиром на пажљиво праћену међућелијску комуникацију између можданих ћелија (о којој се укратко говори у одељку 3).

Као што је раније поменуто, А агрегати интерагују са гликосфинголипидима, церамидом и/или ГПИ-усидреним протеином ПрПц (ћелијски прионпротеин) присутним на површини егзозома и на неуронима [185,187]. Неуронски егзозоми везују А агрегирају ефикасније у поређењу са астроцитним или микроглијалним егзозомима због обилно присутних ганглиозида ГМ1 и сијалированих гликосфинголипида, посебно трисиалоганглиозида ГТ1 на њиховој површини [188–190]. Астроцитни егзосоми су обогаћени сфинголипидним церамидом [187].

Агрегати А везани за астроцитне егзозоме се интернализују од стране неурона и усмеравају се на митохондрије, изазивајући груписање митохондрија и истовремено повећавајући нивое фисионог протеина Дрп-1. На спољној мембрани митохондрија, егзосомални А формира комплекс са АДП/АТП транспортером, ањонским каналом 1 зависним од напона, и активира каспазе.

Активне каспазе изазивају фрагментацију неурита и на крају смрт неуронских ћелија [191]. Да би се боље разумеле могуће динамичке интеракције између протеина, липида и РНК код Алцхајмерове болести, недавно су примењене технике високе пропусности. Цохн и колеге су узели интегративни приступ „омике“ за анализу микроглијалних егзозома [192].

У овој студији, аутори су изоловали микроглијалне егзозоме из паријеталног кортекса пацијената у касној фази Алцхајмерове болести. Они су извршили интегративну анализу комбинујући протеомску, транскриптомску и липидомску анализу. Користили су схотгун протеомику, која се односи на анализу протеина одоздо према горе где протеине карактерише анализа пептида који се ослобађају из протеина протеолизом [193], циљану липидомику и НаноСтрингнЦоунтер технологију, технологију мултиплексне хибридизације нуклеинских киселина [194].

Користећи овај комбинаторни приступ, истраживачка група је показала значајно смањење хомеостатских маркера микроглије П2РИ12 и ТМЕМ119 и повећане нивое маркера микроглије повезаних са болешћу ФТХ1 и ТРЕМ2. Поред тога, нивои тау протеина у микроглијалним егзозомима који потичу од АД мозга били су значајно виши што сугерише да егзозоми добијени из микроглије изгледа важни у ширењу тау патологије.

Синаптички и неурон-специфични протеини су такође различито обогаћени микроглијалним егзосомима који потичу од АД мозга. Међутим, аутори су претпоставили да су синаптички и мијелински специфични протеини фагоцитирани пре уласка у микроглијалне егзозоме. Липидомске анализе су откриле проинфламаторни фенотип и потенцијални дефект у ремоделирању ацилног ланца.

Најзад, миРНА повезана са сигналним путевима имунолошког и ћелијског старења повећана је у микроглијалним егзозомима који потичу из АД мозга [192]. Ови подаци сугеришу да значајна промена у молекуларном саставу егзозома одражава промене у микроглији у складу са оболелим стањем. Прикупили смо велику количину података који имплицирају егзозоме у Алцхајмеровој болести.

Важно питање је у којој мери егзосоми промовишу или спречавају уклањање погрешно савијених протеина? Поред тога, разјашњавање доприноса егзозома ослобођених из различитих можданих ћелија додатно ће унапредити наше разумевање преноса болести.

Паркинсонова болест: Паркинсонова болест је један од најчешћих поремећаја мозга повезаних са узрастом – првенствено се сматра поремећајем покрета, са типичним симптомима тремора у мировању, ригидности, брадикинезије и моторичке нестабилности [195].

Додатно повезани са овом болешћу су когнитивни пад, депресија и психоза [196]. Патолошки, карактерише га дегенерација нигростриаталних допаминергичких неурона и присуство Левибодиес-а који садрже погрешно савијени протеин -синуклеин у преживелим неуронима. Алфа-синуклеинис откривен у многим телесним течностима укључујући цереброспиналну течност и плазму [197,198].

Алфа-синуклеин се налази у медијуму културе када се ћелије које експримирају -синуклеин узгајају ин витро [199]. Узимајући у обзир да је -синуклеин откривен екстрацелуларно у одсуству екстрацелуларног сигнала за сортирање, како овај протеин доспева у екстрацелуларни простор? Неколико истраживача је испитивало механизам секреције -синуклеина укључујући улогу егзозома у секрецији -синуклеина и патологију.

Прва индикација да би егзосоми заиста могли бити укључени у патогенезу дошла је из ин витро студије која је користила СХ-СИ5И ћелије које експримирају -синуклеин. Аутори су демонстрирали екстрацелуларну секрецију -синуклеина преко егзозома на начин зависан од калцијума и сугерисали њихово учешће у ширењу патологије Паркинсонове болести [200].

Након ове студије, идентификовани су егзозоми који садрже -синуклеин из различитих ћелија, цереброспиналне течности и плазме пацијената са Паркинсоновом болешћу [201–203]. Међутим, постоји много варијабилности пријављених у различитим студијама [204]. Занимљиво је да је количина -синуклеина у егзозомима релативно ниска у поређењу са инцереброспиналном течношћу или кондиционираним медијумима откривеним слободним -синуклеином.

Детаљно испитивање је открило да ћелије неуроглиома које експримирају -синуклеин користе два пута за ослобађање олигомера -синуклеина, један кроз егзозоме и други, директно ослобађање слободног -синуклеина као олигомера [205].

Иако егзосоми имају низак ниво -синуклеина, егзосоми су ефикаснији у испољавању својих токсичних ефеката од слободног -синуклеина. Олигомери алфа-синуклеина присутни у егзозомима су ефикасније интернализовани од стране хуманих ћелија Х4 неуроглиома у поређењу са слободним олигомерима синуклеина [205].

Као наставак ове студије, ова група истраживача је известила о сличним резултатима користећи егзозоме пречишћене из цереброспиналне течности пацијената са Паркинсоновом болешћу. Ефикасно усвајање егзосомалног олигомеризованог -синуклеина примећено је у културама ћелија хуманог Х4 неуроглиома у поређењу са слободним олигомерима -синуклеина [206].

Докази за лучење слободног -синуклеина у екстрацелуларни простор или течност дошли су из студије која је испитивала улогу вакуоларног сортирања протеина 4 (ВПС4) у учитавању -синуклеина у мултизикуларна тела. Нормално, ВПС4 регулише сортирање протеина до мултивезикуларних тела. Код Паркинсонове болести, ВПС4 усмерава -синуклеин на лизозоме ради његове деградације и на рециклажу ендозома за екстрацелуларно лучење -синуклеина [207].

Када је лизозомска функција инхибирана, примећено је да ослобађање -синуклеина упакованог у егзозоме повећава инкултивисане ћелије СХ-СИ5И [208]. Ендосомална фракција -синуклеина избегава деградацију у условима лизозомског оштећења [209].

For more information:1950477648nn@gmail.com